Experimental and theoretical investigation of complex flows by ultrasound doppler velocimetry
Kompleks akışların ultrasonik doppler hız ölçüm tekniğiyle deneysel ve teorik olarak incelenmesi
- Tez No: 255308
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YUSUF ULUDAĞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Chemical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 151
Özet
Bir kaç on yıldan bu yana akışı rahatsız etmeyen ve hızlı ölçüm teknikleri artan öneme sahiptir. Bilim adamlarının, akış ortamındaki gerçek hızları akışı rahatsız etmeden ölçen bu tip hızlı tekniklere ihtiyacı vardır. Ultrasonik Doppler hız ölçümü (UDHÖ), eş zamanlı birçok noktada ölçüm yapabilme ve ışık geçirgenliği olmayan sıvılarla kullanılabilme gibi özellikleri sayesinde öne çıkan bir tekniktir. UDHÖ yeni uygulamalar ve karmaşık akışların analizi için hala geliştirilen bir tekniktir.Bu çalışmada sinüssel salınımlı, türbülent (rasgele) ve viskoelastik akışkan hareketlerinin, UDHÖ sinyalleri üzerine etkisi teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Rasgele ve viskoelastik akışlar için elde edilen matematiksel ilişkilerden, sırasıyla akış istatistiğini ve gevşeme spektrumunun dağılımını elde etmek için yararlanılmıştır.Sinüssel salınımlı akışın analitik analizi ve sayısal simülasyonu, belirli UDHÖ parametreleri için, akış salınım genliğinin akış salınım frekansına oranının bir sınır değerine sahip olduğunu göstermiştir. Bu kritik değerin üzerinde UDHÖ ortalama akış hızını belirlemede başarılı değildir. Hızın olasılık yoğunluk fonksiyonu (PDF) ve oto ilişki fonksiyonu (ACF) ile UDHÖ sinyal spektrumu arasındaki matematiksel ilişkiler, rasgele hızda akış analizi kısmında elde edilmiştir. Direkt hız ölçümlerinden ve türetilen eşitlik sayesinde fazda (I) ? dik fazda (Q) sinyallerinden elde edilen ACF lerin karşılaştırılması, UDHÖ tekniğinin hız ölçümlerinkedi zaman çözünürlüğünün iyi bir hız ACF si dolayısıyla türbülans spektrumu elde etmede yeterli olmadığını göstermiştir. Hız ACF si elde etmek için ölçülen hızlardan ziyade I-Q sinyallerini kullanmak zaman çözünürlüğünü, bir hız ölçümü yapmak için kullanılan sinyal sayısı (Nprn) oranında artırmıştır.UDHÖ spektrumundan elde edilen hız PDF si, Gaussian PDF varsayımıyla ölçülen hızlardan elde edilenle karşılaştırıldı. Her iki PDF ninde uyum içinde olduğu görüldü. Ayrıca türetilen eşitlikle, ölçülen I-Q sinyallerini kullanarak elde edilen ACF den hesaplanan bazı boru türbülansı parametreleri, literatür değerleriyle karşılaştırıldı. Sonuçlar iyi derecede uyum gösterdi.Çalışmanın son aşamasında, küçük genlikli salınımlı basınç alanına sahip boru akışı için doğrusal viskoelastik bir akışkanın kompleks viskozitesi, UDHÖ spektrumuyla matematiksel olarak ilişkilendirilmiştir. Kompleks viskozite terimleri genelleştirilmiş Maxwell modeliyle ifade edilmiştir. UDHÖ spektrumunun sıfır frekans (ortalama akış) bileşeni, genelleştirilmiş Maxwell modelindeki gevşeme viskoziteleri için eşitlik elde etmek amacıyla kullanılmıştır. Sonuçlar UDHÖ tekniğinin bazı viskoelastik materyal özelliklerinin belirlenmesindede kullanılabileceğini ortaya çıkartmıştır.Sonuç olarak, UDHÖ görece yeni fakat karmaşık akışların rahatsız etmeden ölçümü ve analizi için gelecek vaad eden bir teknikdir.
Özet (Çeviri)
Non-invasive and fast flow measurement techniques have had increasing importance for the last decades. Scientists are looking for such quick techniques to be able to monitor real velocities without disturbing flow itself. Ultrasound Doppler velocimetry (UDV) being one of such techniques promising with advantages of getting simultaneous velocity measurements from several points and of applicability for opaque liquids as well. UDV is a technique which is still being developed for new applications and analysis of complex flows.In this study effect of sinusoidal oscillating, turbulent (random) and viscoelastic fluid motions on UDV signals were investigated theoretically and experimentally. Obtained mathematical relations for random and viscoelastic motions were utilized to get statistics of flow and distribution of relaxation spectrum, respectively.Analytical analysis and numerical simulation of sinusoidal oscillating flow depicted that there is a critical value for the ratio of oscillation amplitude to oscillation frequency for a specified set of measurement parameters of UDV. Above this critical value UDV is not successful to determine mean flow velocity. Mathematical relations between velocity probability density function (PDF) ? velocity auto correlation function (ACF) and UDV signal spectrum were obtained in the analysis of flow with random velocity. Comparison of velocity ACFs from direct velocity measurements and from raw in-phase (I) and quadrature (Q) signals through derived relation, revealed that time resolution of UDV technique is not enough for getting a good velocity ACF and thus turbulence spectrum. Using I and Q signals rather than measured velocities to get velocity ACF, increased the time resolution in the order of number of pulses used for getting one velocity value (Nprn).Velocity PDF obtained from UDV spectrum was compared with the one obtained from measured velocities with the assumption of Gaussian PDF. Both velocity PDFs were consistent. Also some parameters of pipe turbulence from literature were compared with the presented findings from velocity ACF obtained from I and Q signals through derived relation. Results showed good compatibility.In the last part of the study, complex viscosity of a linear viscoelastic fluid mathematically related to spectrum of UDV for a pipe flow with small-amplitude oscillating pressure field. Generalized Maxwell model was employed to express complex viscosity terms. Zero frequency (mean flow) component of UDV spectrum was used to obtain an equation for relaxation viscosities of generalized Maxwell model. Results have revealed that UDV technique can also be used to probe some of viscoelastic material functions.In conclusion, UDV is relatively new but a promising technique for the measurement and analysis of complex flows in a non-invasive manner.
Benzer Tezler
- İki-elemanlı bir profil sisteminde yüksek basınç gradyantlı flap üstü akım alanının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
SERHAT AYDOĞAN
- Francis Türbinli Tesislerde Dönen Vorteks Çekirdeğinin geçici rejimlere etkisinin rolü
An Investigation on the influence of rotating vortex rope on transiet working conditions for Francis turbine power plants
METİN GÜLEÇ
- Tandem halde bir kanat profilinin taşıma ve yunuslama karakteristiklerinin incelenmesi
Investigation of the lift and pitching moment characteristics of an airfoil in tandem arrangement
M. ADİL YÜKSELEN
- An experimental investigation of vortex tube performance characteristics
Vorteks tüpünün performans özelliklerine deneysel bir inceleme
YAKUB TÜFEKCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Makine MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NAMIK ÇIBLAK
- Ventüri tüpü tasarımı ve uygulaması
Design and application of a venturi tube
RECAİ KUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Eğitim ve ÖğretimGazi ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DURAN ALTIPARMAK